淺談影響電能質(zhì)量的原因及治理辦法

時間：2020-06-22作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：349

摘要:結(jié)合工作實(shí)際,分析了影響電能質(zhì)量的因素，并著重針對諧波對電能質(zhì)量的危害提岀具體的治理措施，以期促進(jìn)電能質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量;諧波;治理措施
 
0 引言
電能質(zhì)量不合格主要是指導(dǎo)致電力用戶設(shè)備故障或不能 正常運(yùn)行的電壓、電流幅值或頻率偏差，它是電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的具體表現(xiàn)。電能質(zhì)量是現(xiàn)代電力系統(tǒng)不可或缺的考核指標(biāo),其關(guān)系到電網(wǎng)能否安全運(yùn)行，是用戶正常用電的重要保證。
 
1 影響電能質(zhì)量的因素
1.1諧波分量
1.1.1諧波分量產(chǎn)生的原因
影響電能質(zhì)量的主要因素是系統(tǒng)的諧波電流。諧波電流主要為終端用戶負(fù)荷引起,大部分情況下，用電設(shè)備的非線性是諧波電流產(chǎn)生的主要原因。比如電弧爐，負(fù)載周期為2? 8 h,0.5-1 h為熔化階段,此階段的特點(diǎn)是在電和固態(tài)原料之間形成不穩(wěn)定的電弧，它呈現(xiàn)不規(guī)則波動，三相電流不平衡而且數(shù)值較大，具有沖擊性，一般包含的諧波為2、3、4、5等 連續(xù)性低次諧波。
電力系統(tǒng)中諧波源主要分為3種類型：（1）系統(tǒng)中的用電設(shè)備。包括電弧爐、電石爐等非線性負(fù)荷，系統(tǒng)中的調(diào)壓裝置，可控硅整流裝置和變頻裝置等，這類負(fù)荷工作時都會產(chǎn)生大量諧波。（2）輸變電設(shè)備。輸變電設(shè)備主要指電力變壓器，大容量變壓器一般工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，當(dāng)變壓器鐵芯接近飽和時，磁化曲線的非線性會使磁化電流呈尖**波形，從而產(chǎn)生大量諧波 。(3)分布式發(fā)電設(shè)備。風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電設(shè)備均通過電力電子設(shè)備進(jìn)行并網(wǎng)將產(chǎn)生諧波，造成污染 。
1.1.2諧波分量的危害
諧波分量的危害是多方面的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）諧波分量使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率,使系統(tǒng)的損耗增加。（2）諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，發(fā)生諧振時，諧波分量瞬間放大數(shù)倍乃至數(shù)十倍。同時大量的3次諧波流過中性 線會使線路過熱，甚至發(fā)生火災(zāi)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的運(yùn)行安全。 （3）諧波分量影響著系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的正常工作，例如使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞;諧波還會使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和過電壓，不但會造成電機(jī)局部嚴(yán)重過熱，而且會增加電機(jī)的附加損耗。（4）諧波不但會導(dǎo)致系統(tǒng)中的繼電保護(hù)和自動裝置誤動作,而且還會使二次測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。（5）諧波分量會對附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生信號干擾，輕則產(chǎn)生噪聲,降低通信質(zhì)量，重則導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)無法正常工作。（6）諧波會造成設(shè)備材料溫度升高，溫度升高又會導(dǎo)致額外的損耗。試驗(yàn)證明，溫度每升高1 °C,電機(jī)建自動化環(huán)境，借助科學(xué)技術(shù)的支持，確保配網(wǎng)自動化的發(fā)展方向。實(shí)踐表明，配電自動化、智能化可以大大提高配網(wǎng)安全 運(yùn)行水平,提高供電質(zhì)量,降損節(jié)能,并充分利用現(xiàn)有設(shè)備的能力降低人們的勞動強(qiáng)度。
配套的諧波和負(fù)序治理方案，堅(jiān)持國家電 能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，按“誰污染、誰治理”的原則,對所制定的方案做到 與工程同時設(shè)計(jì)、同時施工、同時投運(yùn)。對電力公司來說其責(zé)任是在用戶注入電網(wǎng)的諧波電流合格的前提下,控制線路的阻抗水平。
1.2間諧波
間諧波是指對周期性交流分量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，得到 頻率不等于基波頻率整數(shù)倍的分量。間諧波電壓含有率： 頻率＜100 Hz的占0. 16%?0. 2%,頻率在100 — 800 Hz之間 的占0.4%?0.5%。其也嚴(yán)重影響著電能質(zhì)量。
1.2.1間諧波產(chǎn)生的原因
間諧波的來源主要有以下3個方面：（1）變流裝置：由于負(fù)荷三相不對稱或觸發(fā)角誤差，變流裝置會在運(yùn)行過程中產(chǎn)生非特征諧波頻譜。（2）交流電弧爐:典型的間諧波發(fā)生源，頻譜屬于連續(xù)頻譜。實(shí)際上，一般的沖擊性負(fù)荷均產(chǎn)生間諧波。（3）通斷控制的電氣設(shè)備:對工作電壓需要進(jìn)行通斷控制或調(diào)整的 設(shè)備，在工作中均會產(chǎn)生間諧波，例如電烤箱、熔爐、電焊機(jī)、通斷控制的調(diào)壓器等。
1.2.2間諧波的危害
（1）產(chǎn)生閃變,導(dǎo)致屏閃爍。（2）引起通訊干擾、過零點(diǎn)檢 測誤差，影響脈沖接收器正常工作。（3）引起感應(yīng)線圈噪聲，導(dǎo)致電動機(jī)附加力矩。
1.3電壓不平衡
電壓不平衡主要是指三相電壓在幅值上可能大小不等，或 者相位差不是標(biāo)準(zhǔn)的120°,或兩種情況都有。不平衡情況用電 壓、電流負(fù)序基波分量或零序基波分量與正序基波分量的方均根值百分比來表示，這個百分比也稱為不平衡度，一般規(guī)定系統(tǒng)中公共連接點(diǎn)正常運(yùn)行方式下不平衡度允許值為2%,短時 間不得過4%。
1.3.1三相電壓不平衡產(chǎn)生的原因
（1）事故引發(fā)的不平衡:包括單相接地故障、斷線故障、母線電壓互感器熔絲熔斷等。（2）正常性的三相電壓不平衡：主要是指單相大容量以及沖擊性、非線性負(fù)荷（如電弧爐、工頻感 應(yīng)爐、電力機(jī)車、單相電焊機(jī)）的應(yīng)用。
1.3.2三相電壓不平衡的危害
（1）三相四線制接線方式下,發(fā)生三相電壓不平衡將增大 線路的損耗。（2）三相不平衡會使變壓器處于不對稱運(yùn)行狀 態(tài)，增加變壓器損耗，甚至使其燒毀。（3）三相電壓不平衡會誘 導(dǎo)電動機(jī)中逆扭矩增加，從而使電動機(jī)溫度上升，效率下降，能 耗增加，發(fā)生振動。
1.4電壓閃變或波動
燈具光通量不穩(wěn)定，造成的視感稱為閃變。閃變不僅與電 壓波動的大小有關(guān)，而且與波動的頻率、波形、照明燈具的性能 以及人的視感甚至人腦對燈光光通量變化的記憶效應(yīng)等因素 有關(guān)。而電壓波動是指電壓方均根值（有效值）一系列的變動 或連續(xù)的改變。產(chǎn)生電壓閃變和波動的主要原因是電弧爐、軋 機(jī)等大功率且波動性負(fù)荷的應(yīng)用。其危害是電壓波動會 影響工業(yè)生產(chǎn)、居民生活，而閃變會引發(fā)視覺疲勞、偏頭痛，甚至導(dǎo)致錯覺等。
1.5電壓暫降或下跌
電壓暫降或下跌是指對用戶供電的電壓有效值在短時間 內(nèi)突然下降，然后又回升恢復(fù)的現(xiàn)象，在電網(wǎng)中這種現(xiàn)象的持 續(xù)時間大多為0.5-1. 5 s。引起電壓暫降或下跌的主要原因一般是電網(wǎng)、變電設(shè)施故障或負(fù)荷突然出現(xiàn)大的變化。在某些情 況下，電壓會出現(xiàn)2次或更多的連續(xù)跌落或中斷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電壓暫降和短時間中斷造成的無序停電和恢復(fù)損失已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)達(dá)國家電能質(zhì)量的問題。
 
2 治理措施
2.1加強(qiáng)電能質(zhì)量監(jiān)測
網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和智能化已成為電能質(zhì)量監(jiān)測的主要發(fā)展趨勢，加快電能質(zhì)量監(jiān)測終端數(shù)據(jù)規(guī)約和通信協(xié)議的統(tǒng)一,建設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)。
2.2對非線性用戶開展電能質(zhì)量測試、評估工作
對非線性用戶開展電能質(zhì)量測試、評估工作，通過對新建 污染源電能質(zhì)量問題的掌控，為實(shí)驗(yàn)室相關(guān)研究工作的開展提 供重要的實(shí)踐基礎(chǔ)。
2.3積開展電能質(zhì)量治理工作
電能質(zhì)量的治理方法主要是濾波及無功補(bǔ)償，包括采用無 源濾波器和有源濾波器。
無源濾波器是通過提供諧波的低阻抗支路進(jìn)行濾波，其存 在的問題是：（1）一種參數(shù)只能針對特定次數(shù)諧波進(jìn)行補(bǔ)償，并 且在一定條件下會與某次諧波產(chǎn)生諧振而使諧波放大,引起其 他事故；（2）響應(yīng)速度慢，無法跟蹤動態(tài)諧波，進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償；⑶只能補(bǔ)償固定的無功；（4）當(dāng)系統(tǒng)阻抗比較小時，其補(bǔ)償效 果很難滿足要求；（5）在改變系統(tǒng)阻抗時,可能會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生諧振;（6）電容參數(shù)容易改變，穩(wěn)定性差，可能導(dǎo)致失諧。
有源濾波器:發(fā)出相位相反的諧波，通過抵消實(shí)現(xiàn)濾波，這是將來無功補(bǔ)償?shù)姆较颉?/div>

 

3 安科瑞諧波產(chǎn)品介紹選型

3.1安科瑞有源電力濾波器產(chǎn)品介紹

ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進(jìn)行實(shí)時的跟蹤和補(bǔ)償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

 

3.2有源電力濾波器技術(shù)參數(shù)及選型

 

 

4 結(jié)語

總之,加強(qiáng)電能質(zhì)量管理相當(dāng)重要，原則上是誰污染，誰治理。另外，要加強(qiáng)非線性用戶的入網(wǎng)審查及已投運(yùn)用戶的動態(tài) 監(jiān)測,建立非線性用戶臺賬，定期開展諧波普查及評估工作。


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